(57)【要約】【課題】太陽電池アレイの発電出力を利用し、日陰に入っても連続して電力を発生できる電源装置を備えた長寿命な宇宙飛翔体を実現する。【解決手段】日照により太陽電池アレイを用いて発電する電源装置を備えた宇宙飛翔体であって、宇宙飛翔体に取り付けられる太陽電池アレイ１と、太陽電池アレイ１の発電電力によりピークパワートラッカ充電制御回路３経由充電される切り替え回路付電気二重層キャパシタ２ａを複数接続してなるキャパシタバンク２と、前記太陽電池アレイの発電電力又は前記キャパシタバンク２の蓄電電力を電源として宇宙飛翔体の搭載機器に分配する電力分配器５と、前記電力分配器５に供給する電流を制御する放電制御回路４と、テレメトリとコマンド信号の処理を行うテレメトリコマンド信号インタフェース回路６とを備え、太陽電池アレイ１の発電電力をキャパシタバンク２に蓄電し、宇宙飛翔体が軌道上において日陰に入ったとき電気二重層キャパシタ２ａバンク２により電力分配器５へ電力を供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
日照により太陽電池アレイを用いて発電する電源装置を備えた宇宙飛翔体であって、宇宙飛翔体に取り付けられる太陽電池アレイと、太陽電池アレイの発電電力によりピークパワートラッカ充電制御回路３経由充電される切り替え回路付電気二重層キャパシタ２ａを複数接続してなるキャパシタバンクと、前記太陽電池アレイの発電電力又は前記キャパシタバンクの蓄電電力を電源として宇宙飛翔体の搭載機器に分配する電力分配器と、前記電力分配器に供給する電流を制御する放電制御回路と、テレメトリとコマンド信号の処理を行うテレメトリコマンド信号インタフェース回路とを備え、太陽電池アレイの発電電力をキャパシタバンクに蓄電し、宇宙飛翔体が軌道上において日陰に入ったとき電気二重層キャパシタバンクにより電力分配器へ電力を供給することを特徴とする宇宙飛翔体。
【請求項２】
前記キャパシタバンクは、ピークパワートラッカ充電制御回路付電気二重層キャパシタを複数接続してなることを特徴とする請求項１記載の宇宙飛翔体。
【請求項３】
日照により太陽電池アレイを用いて発電する電源装置を備えた宇宙飛翔体であって、宇宙飛翔体に取り付けられる太陽電池アレイと、太陽電池アレイの発電電力によりピークパワートラッカ充電制御回路経由充電される切り替え回路付電気二重層キャパシタを複数接続してなるキャパシタバンクと、前記太陽電池アレイを複数とし、これにつながる複数のキャパシタバンクを備え、前記太陽電池アレイの発電電力又は前記キャパシタバンクの蓄電電力を電源として宇宙飛翔体の搭載機器に分配する電力分配器５と、前記電力分配器に供給する電流を制御する放電制御回路と、テレメトリとコマンド信号の処理を行うテレメトリコマンド信号インタフェース回路６とを備え、太陽電池アレイ１の発電電力をキャパシタバンクに蓄電し、宇宙飛翔体が軌道上において日陰に入ったとき電気二重層キャパシタバンクにより電力分配器５へ電力を供給することを特徴とする宇宙飛翔体。
【請求項４】
前記キャパシタバンクは、ピークパワートラッカ充電制御回路付電気二重層キャパシタを複数接続してなり、前記充電電源として、宇宙飛翔体に取り付けられる太陽電池アレイを用いることを特徴とする請求項２記載の宇宙飛翔体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、日照により太陽電池アレイを用いて発電する電源装置を備えた宇宙飛翔体に関する。
【背景技術】
【０００２】宇宙飛翔体を軌道上で長期間、たとえば１０年以上運用すると、二次電池の充放電サイクルにより二次電池の化学変化が進行し、著しく充放電性能が劣化する。宇宙飛翔体には、リチュウムイオンやニッケル水素などの二次電池を電源として搭載しているが、これらの電源では、劣化が問題になり、特に二次電池は熱に弱いため、その利用に大きな制約が課せられている。【０００３】従来、図５のように太陽電池アレイ１と二次電池８を取り付けたものがあるが、これは、太陽電池アレイ１と二次電池８とを二次電池充放電制御回路５経由接続し、太陽電池アレイ１と二次電池８より得たエネルギーを電力分配器５経由搭載機器へ供給している。
太陽電池アレイ１の発生電力が余った場合にはシャント回路９をオンして太陽電池アレイ１を短絡し、電力を抑える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】上記のような従来のシステムでは、太陽電池アレイと電力分配器の間に二次電池を持ち、太陽電池アレイの発電出力により充電しながら電力分配器へ電力を供給する。電力分配器は、日照のある間は太陽電池アレイの発生電力を搭載機器に供給する。軌道上の日陰においては二次電池から電力を供給する。太陽電池アレイの余剰電力を処分するシャント回路が発熱が大きく、重量も重くなりその改善が必要であった。
実際のところ二次電池のサイクル劣化があるため、軌道上での動作時間が制約される。
また、過充電で熱暴走して破壊する恐れもある。さらに二次電池の温度範囲が狭いため、特別な熱制御を必要とするなど、問題が多かった。【０００５】そこで、軌道上で長期間の運用をし、十分な信頼性を確保するためには、太陽電池アレイと電力分配器との間に二次電池を接続し、太陽電池アレイより充電しつつ電力分配器を運転する方法が考えられる。しかし、従来の二次電池では、大きな容量のものを積載しない限り、負荷の急激な変化による尖頭電力の供給には間に合わない。しかも頻繁に充放電を繰り返せばサイクル寿命の制約が起こり、また、不使用時に放置して完全放電させると電池が劣化するなど、種々の問題があって実用的とはいえない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】本発明は、上記課題を解決するものであって、太陽電池アレイの発電出力を利用し、日陰に入っても連続して運用を長寿命で効率よく行える宇宙飛翔体を提供するものである。【０００７】そのために本発明は、宇宙飛翔体であって、宇宙飛翔体に取り付けられる太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの発電電力により充電されるキャパシタバンク２と、前記太陽電池アレイの発電電力及び、又は前記キャパシタバンク２の蓄電電力を電源として宇宙飛翔体内の電力分配器５と、この電力分配器５に供給する電流を制御するピークパワートラッカ充電制御回路３と、宇宙飛翔体に取り付けられるテレメトリコマンド信号インタフェース回路６とを備え、太陽電池アレイの発電電力をキャパシタバンク２に蓄電し、宇宙飛翔体内のテレメトリコマンド信号インタフェース回路６から発せられる指令信号電力制御回路１０や電力分配器５を駆動して電力の供給を行うことを特徴とする宇宙飛翔体である。
【発明の効果】
【０００８】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、太陽電池アレイの発電電力をキャパシタバンクに蓄電し、ピークパワートラッカ充電制御回路により一定の電流に制御して電力分配器経由負荷に電力を供給するので、宇宙飛翔体が日陰に入って太陽電池アレイの発電電力が得られない場合でも、キャパシタパンクの蓄電電力により連続して電力を供給することができる。また、シャント回路が不要となる。
また。キャパシタバンク２は動作寿命がほぼ無制限と長く、許容温度範囲も広いので搭載性のよい長寿命な宇宙飛翔体用電源を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る宇宙飛翔体の実施の形態を示す図、図２は本発明に係る宇宙飛翔体の電源システムを説明するブロック図である。図中、１は太陽電池アレイ、２はキャパシタバンク、３はピークパワートラッカ充電制御回路、４は放電制御回路、５は電力分配器、６はテレメトリコマンド信号インタフェース回路、７はキャパシタバンク蓄電装置、８はテレメトリコマンド信号インタフェース回路６を示す。【００１０】図１において、太陽電池アレイ１は、宇宙飛翔体の側面に取り付けられ、その発電電力を図２に示すキャパシタバンク２に蓄電して蓄電電力と発電電力を宇宙飛翔体の動作のための電源として電力分配器５経由出力するものである。キャパシタバンク２は、太陽電池アレイ１の発電出力により充電・蓄電される電気二重層キャパシタバンクであり、ピークパワートラッカ充電制御回路３は、キャパシタバンク２に接続して満充電になると充電電流をバイパスする並列型充電制限を行うとともに太陽電池アレイ１の発生電力を最大効率条件で取り出す。キャパシタバンク２とピークパワートラッカ充電制御回路３は、太陽電池アレイ１の発電出力を蓄電する蓄電手段として切り替え回路付きキャパシタバンク２を構成し、必要な電圧に応じた電気二重層キャパシタの直並列段数を変更して蓄積された電荷を９５％以上取り出す。出力放電制御回路４は、スイッチングコンバータを用い電力分配器５の定格に合わせて駆動電流をスイッチング制御する定電流源型の制御回路であり、宇宙飛翔体内に搭載された機器に電力分配器５経由、電力を分配する。
電力分配器５は負荷電量を計測したり、過電流保護を行いながら、負荷に電力を供給する。
地上から送信されたコマンド信号で電力制御回路１０の内部設定を変更したり、電圧などのデータを地上へ伝送するテレメトリ信号を編集するテレメトリコマンド信号インタフェース回路６を備えている。【００１１】上記キャパシタバンク２の電気二重層キャパシタの切り替え形態を示したものが図３であり、図中（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のように直並列をＦＥＴスイッチなどで切り替える。【００１２】図４は本発明に係る宇宙飛翔体の他の実施の形態を示す図であり、太陽電池アレイ１やピークパワートラッカ充電制御回路３やキャパシタバンク２、および放電制御回路４を複数用いる。【００１３】図３において、複数の太陽電池アレイ１にそれぞれ独立したピークパワートラッカ充電制御回路３やキャパシタバンク２、および放電制御回路４を備えることにより、１系統故障時の電力損失を少なくすることができる。【００１４】通常の二次電池は、種類や使い方によって異なるが、３００回〜５００回程度の充放電回数が寿命といわれている。また、短時間での充放電に弱く、しかも放電深度を浅くして使用しないと寿命が短くなったり、充分放電してから充電を開始しないとメモリ効果と呼ばれる容量低下が起こったりする、などの問題があった。特に、宇宙飛翔体の場合には、軌道上で万一バッテリが完全放電した場合、バッテリの劣化のみならず破損する場合もある。（リチュウムイオンバッテリなどの場合）
電気二重層キャパシタバンクを単独で用いた場合には、短時間の充放電は可能で、サイクル寿命も長いが、エネルギー密度が小さいため、大量のキャパシタバンクを積載する必要が生じ、実用的でない。【００１５】これらに対して本発明のようにピークパワートラッカ充電制御回路と切り替え回路付電気二重層キャパシタバンクとを組み合わせて出力電流を制御して電力分配器５を駆動すると、１００％充電した場合にそのエネルギーの９０％以上を取り出すことができるので、キャパシタバンクのエネルギー密度は、電気二重層キャパシタバンクを単独で使用した場合に比べ１０〜２０倍程度にも達する。したがって、本発明の構成によれば、同じエネルギー量に対して従来のものよりキャパシタバンクの積載量が少なくて済み、その実用的な効果はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る宇宙飛翔体の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明に係る宇宙飛翔体、電源システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るキャパシタバンクの切り替え形態を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図５】従来の電源システムを示す図である。
【符号の説明】
【００１７】１…太陽電池アレイ、２…キャパシタバンク、３…ピークパワートラッカ充電制御回路、４…放電制御回路、５…電力分配器５、６…テレメトリコマンド信号インタフェース回路、７…電力制御器、８…二次電池、９…シャント回路、１０…宇宙飛翔体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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